PWHT-menettely ASME B31.3

Asme B31.3:n PWHT-menettely kattaa nestepalvelujärjestelmissä käytettävien prosessiputkistojen valmistuksen/hitsauksen, joita käytetään esimerkiksi öljynjalostamoissa, kemikaalien valmistuslaitoksissa, lääkelaboratorioissa, vetylaitoksissa, paperimassatehtaissa ja energiantuotantolaitoksissa.

EPRI on suositellut, että B31.1:n ja B31.3:n vuoden 2014 tarkistukset alentaisivat PWHT-lämpötila-aluetta hiiliteräksille nestekäyttösovelluksissa, jotka on luokiteltu A- tai M-luokan nestekäyttöön; tämä raportti tukee tätä muutosta.

Lämpötila

PWHT voi olla tarpeen joissakin hitsatuissa teräskokoonpanoissa riippuen niiden käyttökuoresta ja altistumisesta ympäristöavusteiselle halkeilulle (EAC). Matalahiiliset tai matalaseosteiset teräkset ovat yleensä erityisen alttiita EAC:lle, ja siksi ne vaativat PWHT-käsittelyjä halkeamien estämiseksi.

Hitsausprosessit synnyttävät hitsausalueille jäännösjännityksiä, jotka voivat tietyissä olosuhteissa lähestyä materiaalin myötölujuutta, jolloin kokoonpanot ovat alttiita haurastumiselle. PWHT vähentää merkittävästi näitä jäännösjännityksiä ja minimoi ympäristöstä johtuvan halkeiluriskin.

Sekä B31.1 että B31.3 asettavat PWHT-vaatimuksia erilaisille toisiinsa hitsatuille teräskomponenteille, kuten C-Mn- ja Cr-Mo-seosteräksille, ja B31.1/B31.3:n mukaan 19 mm on näiden hitsien enimmäishitsauspaksuuden raja; joissakin yleisissä rakennekoodeissa, kuten BS 2633:ssa, sallitaan huomattavasti paksummat hitsauspaksuudet ilman PWHT-vaatimusta. Näissä vaatimuksissa otetaan huomioon erilaisten rakenteiden murtumiskestävyysvaatimukset.

P N:o 4 -materiaaleilla tehdyt testit ovat osoittaneet, että suurin osa PWHT:n jälkeen muuttuneista iskuominaisuuksista voi tapahtua ennen kuin lämpötila on 1300-1375 celsiusastetta, mikä tarkoittaa, että marginaalia voitaisiin kasvattaa, jos B31.1- ja B31.3 PWHT-lämpötiloja voitaisiin laskea edelleen. Tässä artikkelissa pyritään tukemaan tällaista pyrkimystä.

Laitteet

Hitsauksen jälkeisellä lämpökäsittelyllä voi olla huomattava vaikutus hitsattujen komponenttien haurasmurtumariskiin, minkä vuoksi hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely on olennaisen tärkeää prosessiputkijärjestelmissä, joissa hitsaustoimenpiteet suoritetaan usein paikan päällä. ASME B31.3 sallii nyt poikkeukset pakollisesta PWHT-vaatimuksesta P-No 1 -materiaaliryhmiin kuuluville hiiliteräksille, jos ennen hitsausta käytetään 95 celsiusasteen esilämmityslämpötilaa. Vapautuskäyrien tehokkuutta tutkittiin tarkastelemalla niiden teknistä ja historiallista perustaa ja vertaamalla näitä lukuja nykyaikaisempiin murtumissitkeysvaatimuksiin, jotka on määritetty elastis-plastisen murtumismekaniikan ja pääkäyrämenetelmien avulla.

Esikuumennusta käytetään yleensä vähentämään jäännösjännitystä hitsausvyöhykkeessä ja siten pienentämään ympäristöstä aiheutuvaa halkeiluriskiä, mutta sen käyttöä ei aina voida pitää tarkoituksenmukaisena, koska se voi aiheuttaa lämpövääristymiä, jotka heikentävät hitsien lujuutta ja sitkeyttä. Siksi on tärkeää, että hitsauksen esilämmitystä käytettäessä tehdään asianmukainen suunnittelu.

PetroSyncin ASME B31.3 -koulutus tarjoaa syvällisen näkemyksen säännöstön vaatimuksista, jotka koskevat putkijärjestelmien suunnittelua, haaraliitoksia, laippojen ja liitososien valintaa, joustavuusvaatimusten huomioon ottamista, valmistusta, hitsausta, ainetta rikkomattomia tarkastuksia ja painetestausta sekä painelaitteiden vahvistamista komposiittimateriaaleilla.

Henkilöstö

PWHT vaatii ammattitaitoista PWHT-henkilöstöä. Laitteet on suojattava riittävästi sateelta ja tuulelta; PWHT:n piirissä olevat hitsauskohdat on eristettävä asianmukaisesti ja varustettava vaaramerkinnöillä, jotka varoittavat tuntemattomien henkilöiden pääsystä alueelle ja altistumisesta korkeajännitteisille sähköliitännöille; sähköliitäntöjen parissa työskentelevien henkilöiden on myös käytettävä kumihanskoja ja turvakenkiä, jotta he eivät kosketa kuumia osia ja aiheuta palovammoja vahingossa. PWHT saattaa olla tarpeen tietyille hiiliteräksille hitsauksen jäännösjännityksen vähentämiseksi ennen käyttöönottoa, jolloin PWHT on pakollinen menettely.

Turvallisuus

Hiiliteräksisten hitsaussaumojen hitsauksen jälkeisellä lämpökäsittelyllä (PWHT) pyritään minimoimaan tai lieventämään haitallisia lämpötilagradientteja ja jäännösjännityksiä, jotka voivat kehittyä hitsaussaumoissa ja erityisesti energia- ja prosessiputkijärjestelmissä. Näiden alojen PWHT-vaatimukset vaihtelevat koodien välillä; myös sitkeysvaatimukset vaihtelevat tyypin mukaan. Tässä artikkelissa tarkastellaan PWHT:tä koskevia nykyisiä vaatimuksia eri säännöstöosissa (B31.1 ja B313) ja pohditaan, olisiko järkeistäminen mahdollista.

Tässä asiakirjassa tarkastellaan vaikutuksia, joita aiheutuu PWHT- enimmäislämpötilan alentamisesta ylikuumenemiselle alttiiden P-nro 4 -materiaalien osalta erityisesti EPRI:n raportissa suositellun 1200-1300 celsiusasteen enimmäislämpötilan mukaisesti, joka on alhaisempi kuin nykyiset lämpötilat energia- ja prosessiputkistoja koskevissa säännöissä. Lisäksi kirjoittajat ehdottavat innovatiivista hitsaussaumojen sitkeyden pääkäyrää, joka voisi tukea vapautuskäyrien muuttamista kaikissa säännöstöissä.

Jatkuva huolenaihe putkistojen ja painesäiliöiden suunnittelussa on haurasmurtumien riski, joten PWHT-prosessin tehostaminen mahdollisimman tehokkaasti on erittäin tärkeää tämän riskin minimoimiseksi. Yksi lähestymistapa olisi käyttää matalia esilämmityslämpötiloja monikerroshitsausprosesseissa - tämä on erityisen tärkeää, jos paksuseinäiset putket altistuvat ankarille käyttöolosuhteille.